千萬(wàn)噸綜采工作面遠(yuǎn)程供液設(shè)計(jì)及應(yīng)用

趙宇明

(大同煤礦集團(tuán) 馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037100)

千萬(wàn)噸綜放工作面?zhèn)鹘y(tǒng)的供液方式為近距離供液，以同忻礦8202工作面為例，乳化液泵站由4臺(tái)無(wú)錫煤機(jī)廠生產(chǎn)的BRW400/31.5型五柱塞乳化液泵、2臺(tái)RX400/25K型乳化液箱組成。主進(jìn)液管為高壓鋼絲纏繞膠管4SP-32-40 MPa高壓膠管，主回液管為高壓鋼絲編織膠管4SP-51-25 MPa。4臺(tái)乳化液泵和兩臺(tái)液箱分兩組，每組分別出一根4SP-32-40 MPa高壓膠管，一路從工作面頭部進(jìn)液，一路從工作面尾部進(jìn)液；工作面兩路4SP-51-25 MPa回液管分別回到相應(yīng)的乳化液箱內(nèi)。1號(hào)、2號(hào)泵從頭部供液，3號(hào)、4號(hào)從尾部供液，形成環(huán)形供液、回液系統(tǒng)。泵站位于設(shè)備列車(chē)中部，全長(zhǎng)超過(guò)50 m。近距離供液缺點(diǎn)較多：一是乳化液出口濃度不穩(wěn)定；二是占用的工作面巷道空間較多；三是增大了設(shè)備列車(chē)的重量，從而造成移動(dòng)設(shè)備列車(chē)的風(fēng)險(xiǎn)；四是使用的管路接頭變徑較多，易引起壓力脈沖和高壓膠管脫皮；五是設(shè)備運(yùn)行工況及環(huán)境較差，不利于設(shè)備的檢修維護(hù)[1-2]。為此，本文以同忻礦8209工作面為研究對(duì)象，對(duì)遠(yuǎn)程供液系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1 工程背景

同忻礦C3-5號(hào)層8209工作面傾向長(zhǎng)200 m，可采走向長(zhǎng)1 899 m，平均煤厚15.63 m，煤層傾角為1.5～3.5°；工作面共布置ZF15000/27.5/42型支架118架，選用艾克夫SL500AC型采煤機(jī)，配套卡特彼勒前后刮板輸送機(jī)，工作面年產(chǎn)量為1 000萬(wàn)t。在工作面膠帶巷口增開(kāi)一全長(zhǎng)103.53 m，斷面寬4 m，高2.6 m硐室，做為遠(yuǎn)程供液硐室以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程供液。

2 設(shè)備選型及布置

遠(yuǎn)程供液硐室共布置遠(yuǎn)距離供液設(shè)備24臺(tái)，其中配電控制系統(tǒng)6臺(tái)，尤洛卡乳化液自動(dòng)配比系統(tǒng)6臺(tái)，浙江中煤乳化液泵站系統(tǒng)7臺(tái)，南京六合噴霧泵站系統(tǒng)5臺(tái)。遠(yuǎn)程供液設(shè)備主要包括BRW630/37.5智能高端乳化液泵和RX630/70TX智能乳化液箱、BPW500/16噴霧泵和SX2500/16清水箱，乳化液泵主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1，噴霧泵主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。遠(yuǎn)程供液管路系統(tǒng)包括D89 mm乳化液進(jìn)液管路、D108 mm乳化液回液管路、D76 mm高壓水管，供液長(zhǎng)度2 100 m，供液管路由無(wú)縫鋼管、特高壓鋼管連接器、閘閥、安全閥、分流器組等組成，將乳化液、高壓水流輸送至回采工作面，高壓乳化液再通過(guò)兩趟D51 mm的液管從工作面頭尾進(jìn)入工作面四連桿支架，之后通過(guò)D31.5 mm的液管進(jìn)入支架閥組，然后分別通過(guò)不同長(zhǎng)度的D10 mm、D13 mm的液管進(jìn)入支架的各個(gè)部位，使用后返回回液系統(tǒng)。

表1 BRW630/37.5乳化液泵站主要技術(shù)參數(shù)

表2 BPW500/16噴霧泵站主要技術(shù)參數(shù)

3 泵站壓力校驗(yàn)

1) 保證工作面液壓支架初撐力需要的泵站壓力：

Pb1=4P0/ZπD2

=4×12 778/(4×3.14×0.362)

=31.4 MPa

式中：Pb1為液壓支架初撐需要泵站壓力，MPa；P0為液壓支架初撐力，取12 778 kN；Z為架液壓支架立柱根數(shù)，取4根；D為支架立柱的缸體內(nèi)徑，取0.360 m。

2) 保證推移千斤最大推力需要泵站壓力：

=4×633/(3.14×0.22)

=20.16 MPa

式中：Pb2為千斤頂?shù)淖畲笸屏λ枰谋谜緣毫?，MPa；PN為千斤頂最大推力，取633 kN；d1為千斤頂缸體內(nèi)徑，取0.2 m。

3) 確定泵站壓力：

P=KPbmax+Ps

=1.1×31.4+1

=35.54 MPa

式中：P為泵站壓力，MPa；K為泵站系統(tǒng)壓力損失系數(shù)，取K=1.1～1.2；Pbmax為Pb1、Pb2中較大值；PS為遠(yuǎn)程管路壓力損耗值，取1 MPa。

計(jì)算得到：P=35.54 MPa<37.5 MPa。

通過(guò)計(jì)算可知，乳化液泵站管路末端出口壓力值為35.54 MPa，符合支架端壓力值不低于31.4 MPa的相關(guān)要求；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)噴霧泵站主進(jìn)液管路末端出口壓力值最大可達(dá)15.2 MPa，符合噴霧端壓力值的相關(guān)要求。因此，該系統(tǒng)全程采用特制高壓管路系統(tǒng)將乳化液、高壓水流輸送至回采工作面，可以保證支架液壓系統(tǒng)末端壓力、采煤機(jī)內(nèi)外噴霧和支架?chē)婌F滿足規(guī)程規(guī)范規(guī)定。

4 遠(yuǎn)程供液優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)近距供液系統(tǒng)相比，遠(yuǎn)程供液具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1) 實(shí)現(xiàn)了供液系統(tǒng)與回采工作面移動(dòng)設(shè)備列車(chē)的分離，可有效地對(duì)液壓泵站系統(tǒng)進(jìn)行集中化管理，降低運(yùn)營(yíng)成本，便于設(shè)備的檢修維護(hù)、改善設(shè)備運(yùn)行工況及環(huán)境。

2) 節(jié)省了移動(dòng)設(shè)備列車(chē)占用的巷道空間，有利于液壓泵站各設(shè)備的檢修維護(hù)，減輕了傳統(tǒng)移動(dòng)設(shè)備列車(chē)的總體重量，減少了定期遷移設(shè)備列車(chē)時(shí)的不安全因素，解決了現(xiàn)場(chǎng)巷道在大坡度條件下列車(chē)布置困難，如液位控制、潤(rùn)滑等一系列設(shè)備控制的難題，降低在設(shè)備列車(chē)?yán)七^(guò)程中的傾倒、斷繩、跑車(chē)、人員擠傷等安全風(fēng)險(xiǎn)。

3) 解決了乳化液出口濃度不穩(wěn)定難題，有效保證工作面設(shè)備的正常使用，采用特高壓管路系統(tǒng)替代原有高壓膠管，不僅避免了管路接頭變徑引起的壓力脈沖和高壓膠管脫皮現(xiàn)象，而且鋼管可回收重復(fù)利用，使用壽命長(zhǎng)。

5 結(jié) 語(yǔ)

遠(yuǎn)程供液系統(tǒng)在同忻礦8209綜放工作面應(yīng)用后，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，既優(yōu)化了設(shè)備列車(chē)的布置，又改善了泵站運(yùn)行工況及環(huán)境，還降低了移動(dòng)設(shè)備列車(chē)及近距離膠管輸送乳化液存在的風(fēng)險(xiǎn)，有力地保證了工作面的安全高效開(kāi)采。